程序员探险记—知识图谱—大纲

开始

计算机世界太庞大了，漫无目的的学习容易导致轻而易举的遗忘。整个计算机体系的知识量是巨大的，我们不能从细节出发，那样很快就迷失了。如果从整体到局部一一击破，则要容易的多。或者只抓住主干，等用的时候再抠细节也不晚。

从大型服务器到微型计算机，现在常用的计算机系统都采用的冯·诺依曼结构（也称为普林斯顿结构），这种架构第一次将存储器（内存）和运算器（CPU)分开，指令和数据均放置于存储器中，为计算机的通用性奠定了基础。这是一种以存储器为核心的现代计算机。不过天下没有免费的午餐，正所谓成也萧何败也萧何，CPU与内存分开却导致了冯·诺伊曼瓶颈，这对我们编程产生了深刻的影响。

我们先看看具体的计算机五大组成部分：运算器+控制器+ 存储器+ 输入+输出。运算器+控制器其实就是CPU。所以抽象来看，计算机=CPU + 存储 + IO。CPU代表了时间，存储代表着空间，io就是时间和空间之间的各种变换。然后我们开始从这三大脉络开始着手来学习计算机编程基础。

CPU，存储和IO的每个领域也都包含了太多的内容，这里不可能一一拆分并逐个细说。但只要掌握了思想，抓住了本质，是很容易扩展开来的，上手也比较容易。所以这里只进行大体结构的拆解，抓住我认为核心的部分。

CPU

CPU里面重点要掌握的就是缓存模型，线程模型和CPU的调度。

缓存模型

CPU通过多级缓存策略来平衡CPU速度和内存速度不匹配的问题。缓存其实比较好理解，但是缓存背后的哲学思想才值得我们深思。 首先是中介代理这种生活中很常见的例子，这正好印证了计算机领域一句很经典的名言“计算机世界的问题都可以通过引入新的一层来解决”。其次是计算机世界非常重要的局部性原理。时间维度的局部性就是缓存的核心原理。它是基于最近使用过的数据，将来很可能还会使用的理念。就像我们将这几天在看的书放在书桌，将这个月看的书放在书架，很长时间不看的书放回藏书室一样。

而空间维度的局部性正好是一个与缓存容易混淆的概念——缓冲。它表示一块数据被使用的时候，他附近的数据很可能也会被使用。这在操作系统里，磁盘io，数据库等技术里面大量被使用。

线程模型

大家在各种语言和框架中常看见进程，线程，轻量级进程，轻量级线程，纤程，协程，用户态线程等各种概念。如果没有真正理解线程模型，很容易被这些概念所迷惑。总的来看，主要有这三者线程模型：（1）内核线程模型KLT，线程的调度全部交给操作系统，比如java语言；（2）用户线程模型，在用户态自己实现线程的调度，比如erlang的actor模型；（3）混合线程模型，如go语言的goroutine 。

CPU的调度

首先要弄明白并发和并行的区别。

其次要理解并发中各种概念如竞态条件，临界区，锁等。特别是各种锁的实现方式，当然锁引起的阻塞会带来性能上的开销，所以我们应该尽量将锁由重量级转为轻量级，粗粒度变为细粒度，乐观锁代替悲观锁，甚至是达到无锁的地步，比如CAS(Compare and Swap)，Read Copy Update，ThreadLocal等。

 

存储

说到存储，我们应该首先明白都有哪些存储类型？为什么会有这些存储类型？

 

IO

 

未完待续...

 

 

 

 

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